Con la finalidad de fomentar la transición energética en México por medio de la investigación y el aprovechamiento de las energías renovables, la Secretaría de Energía (Sener) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)
desarrollaron la iniciativa del Centro Mexicano de Innovación en Bioenergía (Cemie-Bio); conformado por cinco clústeres, cada uno de ellos está enfocado en un área especializada en materia energética.
El clúster de Bioalcoholes (biocombustibles lignocelulósicos para el sector autotransporte) es un proyecto que reúne once organizaciones nacionales y extranjeras, coordinado por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav), unidad Guadalajara. En este clúster, la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec) tiene una importante participación en el tema y desarrollo en la etapa pretratamiento de la biomasa para producir este biocombustible.
El proyecto "Estrategias operativas y estudio técnico y económico en la producción de bioetanol utilizando bagazo de Agave tequilana" forma parte de las actividades del clúster de Bioalcoholes.
Dirigida por el doctor Héctor A. Ruiz, profesor investigador del Grupo de Biorrefinería del Departamento de Alimentos (DIA) de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec, esta investigación mixta estudia, a partir de resultados experimentales a nivel laboratorio y la simulación tecnoeconómica del escalamiento en una planta de biorrefinería, la viabilidad de la producción de biocombustibles a partir de bagazo de agave.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, la maestra en ciencias Daniela Lidieth Aguilar Pérez, egresada de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec y colaboradora del clúster y del proyecto, explica cómo desarrollaron este estudio, su importancia, resultados y alcance en un contexto donde la contaminación y altos costos de los combustibles fósiles exige la generación de alternativas energéticas a partir de la investigación.
Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿En qué consistió el proyecto?
Daniela Lidieth Aguilar Pérez (DLAP): Hicimos todo el proceso de producción de biocombustible a partir de bagazo de agave, el bagazo de agave que utilizamos fue Agave tequilana Weber var. azul, proporcionado por el Ciatej, unidad Zapopan en Jalisco, que a su vez fue obtenido de la industria tequilera.
Lo que hicimos con este bagazo fue pretratarlo mediante procesos hidrotérmicos (considerados amigos del ambiente), después aplicar una estrategia operativa que se llama presacarificación y fermentación, en donde se prehidroliza el sustrato ya pretratado (bagazo de agave) y después se inocula un microorganismo para la fermentación y obtención de bioetanol.
Después de toda esta parte experimental, realizamos un estudio tecnoeconómico de la producción de bioetanol; es importante mencionar que esta etapa fue realizada bajo el apoyo del doctor Arturo Sánchez, del Cinvestav, unidad Guadalajara.
Lo que hicimos fue simular mediante un software comercial una planta de biorrefinería de segunda generación (2G), en donde obtuviéramos como producto principal el bioetanol. En este estudio tecnoeconómico utilizamos todos los datos que surgieron de la parte experimental del proyecto, fueron tomados como base para poder realizar la simulación. Los equipos, el diseño de la planta, etcétera, fueron basados en procesos industriales que ya están establecidos y que han estudiado en el Cinvestav Guadalajara, donde realicé una estancia y esta parte del proyecto.
Nos basamos en el concepto como tal de una biorrefinería 2G, obtener el producto principal: bioetanol y subproductos de alto valor agregado, en este caso fueron los xilooligosacáridos (producto que proviene de la hemicelulosa) derivados de la etapa de pretratamiento, considerados como melazas, que tendrían un costo a favor para el proceso.
AIC: ¿Por qué trabajar con bagazo de agave?
DLAP: Porque es uno de los residuos que más se producen en México, la industria tequilera es una de las grandes de bebidas alcohólicas en el país y se producen miles de toneladas al año, además que puede ser considerado una biomasa exótica.
De todo este Agave tequilana que se consume, alrededor de 40 por ciento es tratado como desecho. Incluso, de acuerdo con los productores, pagan para que se lo lleven, porque es un residuo que no le ven importancia. De ahí surgió el interés de utilizar este bagazo; para este análisis tecnoeconómico, se realizó una vinculación con el Cinvestav Guadalajara con el doctor Arturo Sánchez Carmona para evaluar el bagazo de agave a nivel industrial.
AIC: ¿Qué aspectos evaluaron en el proyecto y en cuánto tiempo se desarrolló?
DLAP: Nos basamos en diferentes escenarios que fueron: tamaños de planta y costos de materia prima. El diseño se basó en los datos que obtuvimos en el laboratorio, y el proceso se realizó utilizando pretratamientos hidrotérmicos y en una sola etapa para la obtención de bioetanol, hicimos una sola etapa y ahorramos pasos para que impacte bastante en lo económico.
Evaluamos capacidades por planta, desde 100 toneladas (ton) por día hasta mil toneladas por día. Para esto, nos basamos en la producción que hay de Agave tequilana en México para que pudiera ser sostenible el uso de esta materia prima. A los costos de materia prima les dimos un rango muy amplio, desde ocho dólares (USD) por tonelada hasta 100 USD por tonelada, considerando también el flete desde la tequilera hasta la zona metropolitana de Guadalajara.
Nos llevó más tiempo la parte experimental, más de un año. La simulación fue un periodo corto pero basado en una planta ya establecida, hacer modificaciones a esa planta y acoplarla a nuestro proceso, fueron alrededor de tres o cuatro meses de trabajo intensivo. En total, el proyecto se llevó por dos años.
AIC: ¿Qué resultados obtuvieron?
DLAP: En la parte experimental, además de trabajar con la presacarificación como estrategia operativa, también aplicamos altas cargas de sólidos pretratados y utilizamos hasta 15 por ciento de sólidos pretratados con muy buenos rendimientos para la producción de biocombustibles.
Obtuvimos rendimientos superiores a 90 por ciento en sacarificación y superiores a 85 por ciento para conversión de glucosa y bioetanol.
En la parte del estudio tecnoeconómico, observamos el impacto que tiene el concepto de biorrefinería 2G como tal. Sin duda alguna es importante considerar las melazas o los xilooligosacáridos como un subproducto, ya que esto disminuyó en forma significativa los costos de producción de bioetanol.
Evaluamos diferentes escenarios, como tamaños de planta, costos de materia prima, evaluamos un panorama muy grande para ver cómo iban a fluctuar los precios de bioetanol. Aun con los precios más altos y los escenarios con costos más bajos en cuanto a tamaños de plantas y costos de materias primas, resultaron costos de bioetanol muy competitivos en comparación con el precio actual de la gasolina. El costo más bajo de bioetanol fue de 0.5 dólares (USD) por litro y el más alto de 1.5 dólares por litro (USD).
AIC: ¿Por qué es importante el desarrollo de este tipo de proyectos?
DLAP: Para ver cómo se comportarían todos los datos que obtenemos del laboratorio, que no se queden solo en la escala pequeña sino realmente evaluarlos y ver cómo se comportarían a un nivel más grande, para un escalamiento a nivel piloto o industrial.
AIC: ¿Cuál es el futuro del proyecto?
DLAP: Los datos que obtuvimos experimentalmente están siendo utilizados por el clúster de Bioalcoholes del Cemie-Bio, estos datos serán utilizados para su escalamiento, su evaluación y ver cómo se comportan a un nivel piloto e industrial.
Como perspectivas podría ser el uso de otro tipo de materia prima, con base en regiones (con otro tipo de agave, bagazo de caña de azúcar, entre otros), utilizando este mismo diseño de planta, algún análisis de sustentabilidad o de vida que también es fundamental para este tipo de proyectos, evaluar tanto lo económico, ambiental y social, y ver el impacto en esas áreas.